Αποθήκευση: Η επόμενη «επιχείρηση τρισεκατομμυρίων δολαρίων» στην αγορά ενέργειας - Μπαταρίες, αντλησιοταμίευση, υδρογόνο, θερμική και μηχανική αποθήκευση

Οι τεράστιες ποσότητες «χαμένης ενέργειας» από ανανεώσιμες πηγές αποτελέσαν βασικό θέμα συζήτησης τη χρονιά που πέρασε, καταδεικνύοντας την αχίλλειο πτέρνα των ΑΠΕ. Το μεγάλο αυτό πρόβλημα ήταν ιδιαίτερα εμφανές στην Ευρώπη, προκαλώντας έντονες διακυμάνσεις στις τιμές. Ωστόσο, είναι ένα παγκόσμιο ζήτημα.

Στο πλαίσιο αυτό, η ρητορική γύρω από την αποθήκευση ενέργειας θερμαίνεται, και αναμένεται να γίνει « η επόμενη επιχείρηση τρισεκατομμυρίων δολαρίων της καθαρής ενέργειας».

Προκειμένου τα ενεργειακά δίκτυα να διατηρηθούν σταθερά και αξιόπιστα καθ' όλη τη διάρκεια της παγκόσμιας μετάβασης στην καθαρή ενέργεια, απαιτείται μαζική επέκταση των δυνατοτήτων αποθήκευσης καθώς και έρευνα και ανάπτυξη νέων τρόπων και μεθόδων. Αυτές θα πρέπει να μπορούν να αντιμετωπίσουν τη μαζική εισροή μεταβλητής ενέργειας.

Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι ζωτικής σημασίας για το παγκόσμιο κίνημα απαλλαγής από τις εκπομπές άνθρακα, αλλά θέτουν ορισμένες βασικές προκλήσεις για την ενεργειακή ασφάλεια όσον αφορά τη σταθερή προσφορά αλλά και τη σταθερή τιμολόγηση. Ο ήλιος και ο άνεμος είναι μεταβλητές πηγές ενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι τα επίπεδα παραγωγής τους κυμαίνονται ανάλογα με εξωτερικούς και ανεξέλεγκτους παράγοντες, όπως ο καιρός, η ώρα της ημέρας και οι εποχές.

Οι κατεύθυνση ροής της ενέργειας

Επιπλέον, μερικοί άνθρωποι έχουν ηλιακούς συλλέκτες στα σπίτια τους, καθιστώντας τους παραγωγούς και καταναλωτές ενέργειας με αμφίδρομη ροή στα δίκτυα που κατασκευάστηκαν έχοντας κατά νου μόνο μία κατεύθυνση ροής. Παράλληλα, υπάρχει η δραματική ανάπτυξη στις αγορές ηλεκτρικών οχημάτων, η οποία θα παρουσιάσει επίσης μια εντελώς νέα πηγή πίεσης για τα ηλεκτρικά δίκτυα.

Όπως επισημαίνει το oilprice.com η αναπόφευκτη αναντιστοιχία της μεταβλητής παραγωγής ενέργειας και της ζήτησης των καταναλωτών επιβαρύνει σημαντικά τα ηλεκτρικά δίκτυα που έχουν σχεδιαστεί για μια σταθερή και εύκολα χειραγωγούμενη προσφορά ορυκτών καυσίμων και έχει δημιουργήσει πολύπλοκα ζητήματα στις παγκόσμιες αγορές ενέργειας.

Σε ορισμένα μέρη όπου οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αποτελούν ήδη σημαντικό μέρος του ενεργειακού μείγματος, οι τιμές της ενέργειας μπορεί ακόμη και να πέφτουν κάτω από το μηδέν .

«Αυτό μειώνει τις δυνατότητες κερδών άμεσης αγοράς για τους παραγωγούς και υπογραμμίζει την ανάγκη για συμπληρωματικές επενδύσεις σε ευελιξία και χωρητικότητα αποθήκευσης», αναφέρει ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας.

Οι μεγάλες ανάγκες

Ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας ( ΙΕΑ ), εκτιμά ότι η παγκόσμια εγκατεστημένη χωρητικότητα αποθήκευσης μπαταριών θα πρέπει να αυξηθεί από λιγότερο από 200 γιγαβάτ ( GW ) πέρυσι σε περισσότερο από ένα τεραβάτ ( TW ) μέχρι το τέλος της δεκαετίας. και σχεδόν 5 TW έως το 2050, εάν ο κόσμος πρόκειται να φτάσει τις καθαρές μηδενικές εκπομπές.

Η αποθήκευση σε κλίμακα δικτύου βασιζόταν παραδοσιακά σε υδροηλεκτρικά συστήματα που μετακινούσαν το νερό μεταξύ δεξαμενών στην κορυφή και στο κάτω μέρος μιας πλαγιάς. Η εικόνα πέον έχει αλλάξει σημαντικά.

Σύμφωνα με τον ΔΟΕ , 90 GW αποθήκευσης μπαταριών εγκαταστάθηκαν παγκοσμίως το 2023, διπλάσιο από το ποσό το 2022, εκ των οποίων περίπου τα δύο τρίτα αφορούσαν το δίκτυο και το υπόλοιπο για άλλες εφαρμογές όπως η ηλιακή ενέργεια κατοικιών. Η Bain, μια συμβουλευτική εταιρεία, εκτιμά ότι η αγορά αποθήκευσης σε κλίμακα δικτύου θα μπορούσε να επεκταθεί από περίπου 15 δισεκατομμύρια δολάρια το 2023 σε μεταξύ 200 δισεκατομμυρίων και 700 δισεκατομμυρίων δολαρίων έως το 2030 και 1- 3 τρισεκατομμυρίων δολαρίων έως το 2040.

Οι εκτιμήσεις της UBS

Οι μπαταρίες πρόκειται να διαδραματίσουν πρωταγωνιστικό ρόλο στην ασφαλή ενεργειακή μετάβαση, σημειώνει από την πλευρά της η UBS. Το μειωμένο κόστος τεχνολογίας καθώς και η αυξημένη εξάρτηση από την παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι πιθανό να οδηγήσουν σε ισχυρή ανάπτυξη στις εγκαταστάσεις αποθήκευσης μπαταριών την επόμενη δεκαετία τουλάχιστον.

 Για να διευκολυνθεί η ταχεία ανάπτυξη νέων φωτοβολταϊκών και αιολικής ενέργειας που είναι απαραίτητα για τον τριπλασιασμό των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η παγκόσμια ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας θα πρέπει να εξαπλασιαστεί σχεδόν στα 1.500 GW έως το 2030. Οι μπαταρίες αναμένεται να αντιπροσωπεύουν το 90% της αύξησης της αποθήκευσης, δηλαδή η αγορά αυτή θα υπερ-πενταπλασιαστεί.

Αυτό θα συνεπαγόταν πιθανές επενδύσεις περίπου 800 δισεκατομμυρίων δολαρίων ΗΠΑ σε μπαταρίες έως το 2030, αύξηση 400% σε σύγκριση με τα επίπεδα του 2023, διπλασιάζοντας το μερίδιο των μπαταριών στις συνολικές επενδύσεις καθαρής ενέργειας τα επόμενα επτά χρόνια.

Το στοίχημα της αποθήκευσης

Όμως, ενώ η αποθήκευση ενέργειας είναι μια σχετικά στοιχειώδης ιδέα, η εκτέλεσή της κάθε άλλο παρά απλή είναι. Ο τεράστιος αριθμός μεταβλητών που αντιμετωπίζουν τα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, από ηλεκτρικά οχήματα έως οικιακές ηλιακές έως μεταβλητές ενέργειες μαζικής κλίμακας, απαιτεί ένα ευρύ φάσμα λύσεων πολλαπλής αποθήκευσης. «Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να κυμαίνονται από επιλογές γρήγορης απόκρισης για σχεδόν σε πραγματικό χρόνο και καθημερινή διαχείριση των δικτύων έως επιλογές μεγαλύτερης διάρκειας για τις απρόβλεπτες εβδομαδιαίες διακυμάνσεις και πιο προβλέψιμες εποχιακές διακυμάνσεις στην προσφορά και τη ζήτηση», αναφέρει η Smart Energy International. Επιπλέον, κυμαίνονται από απίστευτα πολύπλοκα συστήματα που βασίζονται σε φουτουριστικές καινοτομίες, όπως σχέδια πράσινου υδρογόνου έως απλές και χαμηλής τεχνολογίας προσεγγίσεις που περιλαμβάνουν τροχαλίες, βάρος και βαρύτητα .

Μερικές από τις πιο υποσχόμενες μορφές αποθήκευσης ενέργειας σήμερα περιλαμβάνουν:

Μπαταρίες

Το μεγαλύτερο μέρος της αποθήκευσης ενέργειας σήμερα λειτουργεί με μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αυτές οι μπαταρίες είναι πανταχού παρούσες και χρήσιμες, αλλά έχουν σχετικά βραχυπρόθεσμη χωρητικότητα αποθήκευσης και βασίζονται στο λίθιο, το οποίο επηρεάζεται κι αυτό από την πλευρά του από μία σειρά γεωπολιτικών και περιβαλλοντικών ζητημάτων. Οι ερευνητές προσπαθούν επί του παρόντος να ανακαλύψουν άλλες μορφές μπαταριών για να αντικαταστήσουν μέρος του μεριδίου αγοράς των μπαταριών ιόντων λιθίου, συμπεριλαμβανομένης αυτής της μπαταρίας πρωτονίων .

Θερμική αποθήκευση

«Η θερμική αποθήκευση στην ουσία περιλαμβάνει τη δέσμευση και απελευθέρωση θερμότητας ή κρύου σε στερεό, υγρό ή αέρα και ενδεχομένως να περιλαμβάνει αλλαγές στην κατάσταση του αποθηκευτικού μέσου, π.χ. από αέριο σε υγρό ή στερεό σε υγρό και αντίστροφα», γράφει η Smart Energy International. . Η ανάπτυξη της αποθήκευσης θερμικής ενέργειας θα μπορούσε να είναι σχετικά γρήγορη και απλή, καθώς εξαρτάται από άφθονους και προσβάσιμους πόρους όπως το αλάτι, ο αέρας και τα τούβλα , τα οποία είναι όλα εξαιρετικά στη διατήρηση της θερμότητας.

Μηχανική αποθήκευση

Η μηχανική αποθήκευση ενέργειας αφορά την κινητική ενέργεια και συνήθως περιλαμβάνει μηχανισμούς όπως σφόνδυλους και συστήματα πεπιεσμένου αέρα. Η αποθήκευση με βαρύτητα γίνεται επίσης μια ολοένα και πιο δημοφιλής μορφή μηχανικής αποθήκευσης. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει οτιδήποτε, από τη χρήση περίσσειας ενέργειας για την ανύψωση και, στη συνέχεια, τη μείωση τεράστιων τσιμεντόλιθων , έως τη συλλογή της περίσσειας ενέργειας που παράγει ένα όχημα όταν ταξιδεύει σε κατηφόρα για να το βοηθήσει να ανέβει και πάλι τον λόφο . Αυτές οι λύσεις αποθήκευσης είναι πολύτιμες λόγω της απλότητάς τους και θα μπορούσαν ενδεχομένως να κλιμακωθούν με σχετικά χαμηλό κόστος εκκίνησης σε σύγκριση με άλλες επιλογές αποθήκευσης.

Aντλούμενη υδροηλεκτρική αποθήκευση

H αντλούμενη υδροηλεκτρική αποθήκευση είναι μια λύση μακροπρόθεσμης αποθήκευσης ενέργειας στην οποία το νερό αντλείται ανηφορικά χρησιμοποιώντας περίσσεια ενέργειας σε περιόδους αιχμής παραγωγής και στη συνέχεια απελευθερώνεται σε κατηφόρα για να περιστρέψει τουρμπίνες για να δημιουργήσει ηλεκτρισμό όταν αργότερα απαιτείται ενέργεια. Αυτό συχνά βασίζεται σε φράγματα, και ως εκ τούτου είναι μια σχετικά αμφιλεγόμενη μορφή αποθήκευσης ενέργειας. «Ανάλογα με το ποιον ρωτάτε, η αντλούμενη αποθήκευση υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι είτε το μέλλον της βιομηχανίας καθαρής ενέργειας και το κλειδί για την απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα της παγκόσμιας οικονομίας, είτε πρόκειται για μια οικολογική καταστροφή που πρέπει να σταματήσει», αναφέρει το Oilprice.

Υδρογόνο

Το υδρογόνο προσφέρει μια πιθανή λύση αποθήκευσης ενέργειας επειδή μπορεί να συμπιεστεί και να αποθηκευτεί για μεγάλες χρονικές περιόδους και αργότερα να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όταν χρειάζεται. «Το υδρογόνο θα συμπιέζεται και θα αποθηκεύεται υπόγεια σε σπήλαια αλατιού ή εξαντλημένα κοιτάσματα αερίου και τον επόμενο χειμώνα θα μετατρέπεται ασταμάτητα σε ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιώντας κυψέλες καυσίμου», αναφέρει το PV Magazine . Βραχυπρόθεσμα, η αποθήκευση υδρογόνου θα μπορούσε να συμπληρωθεί με άλλες μορφές αποθήκευσης ενέργειας. «Η καθημερινή εξισορρόπηση θα επιτυγχάνεται με μπαταρίες και αντλούμενη υδροηλεκτρική αποθήκευση. Στο βαθμό που ολόκληρο το δίκτυο θα λειτουργεί  με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας το καλοκαίρι, το υδρογόνο θα είναι «πράσινο» ή θα παράγεται με ανανεώσιμες πηγές.